工业机器人在汽车制造领域的应用.pdf

汽车实鼹技术 A U T O M O B I L EA P P L I E DT E C H N O L O G Y 1 0 1 6 6 3 8 j c n k i1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 7 0 3 0 1 8 工业机器人在汽车制造领域的应用 金嘉琦，徐振伟，朱力勇，马佰胜，刘畅 ( 沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳1 1 0 8 7 0 ) 2 0 1 7 年第3 期 2 0 1 7N O 3 摘要：随着机器人的不断发展和技术水平日臻成熟，越来越多的渗透到各个领域，尤其是在汽车生产制造的工艺 中起到重要作用。汽车工业的发展，在一定程度上反映了一个国家的制造业水平。所以在介绍工业机器人系统组成 的基础上，对机器人在汽车制造中的应用进行分析，对提高汽车制造水大有裨益。 关键词：工业机器人；汽车制造；汽车车身 中图分类号：T P 2 7 8 文献标识码：A 文章编号：16 7 1 7 9 8 8 ( 2 0 17 ) 0 3 4 6 0 2 T h eA p p l ic a t io no f I n d u s t r ia lR o b o t sinA u t o m o b il eM a n u f a c t u r in g J inJ ia q i，X uZ h e n w e i，Z h uL iy o n g ，M aB a is h e n g ，L iuC h a n g ( S c h o o lo f m e c h a n ic a le n g in e e r in g ，S h e n y a n gU n iv e r s it yo f T e c h n o l o g y , L ia o n in gS h e n y a n g1 1 0 8 0 7 ) A b s t r a c t ：W it ht h ec o n t in u o u sd e v e l o p m e n to f r o b o t sa n dt h et e c h n ic a ll e v e lh a sm a t u r e d m o r ea n dm o r ep e n e t r a t io nin t oa l l f ie l d s ，e s p e c ia l l yint h ea u t o m o b il em a n u f a c t u r in gp r o c e s sp l a y sa nim p o r t a n tr o l e T h ed e v e l o p m e n to ft h ea u t o m o b il e in d u s t r y , t oac e r t a ine x t e n t ，r e f l e c t st h el e v e lo f ac o u _ r l t l Sm a n u f a c t u r in gin d u s t r y S oint h ein t r o d u c t io no f t h ec o m p o s it io n o f in d u s t r ia lr o b o t so nt h eb a s iso f t h er o b o tint h ea u t o m o t iv em a n u f a c t u r in ga p p l ic a t io n sint h ea n a l y s iso f t h ea u t o m o b il e m a n u f a c t u r in gw a t e rt oim p r o v et h eg r e a tb e n e f it K e yw o r d s ：in d u s t r ia lr o b o t s ；a u t o m o b il em a n u f a c t u r in g ；c a rb o d y C L CN o ：T P 2 7 8D o c u m e n tC o d e ：AA r t ic l eI D ：1 6 7 1 - 7 9 8 8 ( 2 0 1 7 ) 0 3 - 4 6 - 0 2 刖吾 机器人是集合了机械、电气、电子、计算机、控制、传 感器、人工智能等多门科学的适用于现代化制造的综合型自 动化装各。现阶段，工业机器人发展异常迅速，技术也非常 成熟，已应用到汽车生产、航空航天、金属加工、电子电气、 矿山开采等多个工业领域，可以实现代替涵盖如焊接、搬运、 码垛、喷涂、装配、检测等多方位的人工作业功能。 在工业机器人所有应用领域中，汽车行业机器人的应用 占到整体市场份额的6 0 以上。随着“中国制造2 0 2 5 ”战略 规划的提出，对工业机器人及其应用领域的发展提出了更高 的要求。所以深入了解工业机器人的结构功能以及在汽车制 造中的应用情况，对汽车行业的发展起着至关重要的作用。 作者简介：徐振伟( 1 9 8 9 一) ，男，就读于沈阳工业大学，研究方向 工业机器人技术。 1 、工业机器人概述 1 1 工业机器人的系统组成 标准工业机器人( 以K U K A 机器人为例) 由以下三部分 组成： 图1工业机器人组成部分 ( 1 ) 机械手即机器人本体。机械手是机器人的机械系统 主体。它是由六个活动的、相互连接在一起的关节( 轴) 组 成的，也称为六轴机器人。各个轴的运动通过伺服电机来进 4 7 汽车实用技术 2 0 1 7 年第3 期 行针对性的调控而实现，伺服电机通过减速器与机械手各部 件相连。机械系统的部件主要由铸铝和铸钢制成。机器人本 体是完成各项工作及工业生产的基础部分，在投入使用之前 通常对机械手进行调试和检测，保证机器人结构完成、运行 正常。 ( 2 ) 控制柜。机器人的机械系由伺服电机控制运动，而 伺服电机则由机器人的控制系统进行控制。控制系统的主要 功能是通过连接计算机程序发送指令进而对专用控制器进行 控制，驱动电机运动，以实现工业机器人在空间中的位置和 姿态的改变。 ( 3 ) 示教器。示教器即机器人人机交互界面，主要通过 对示教器的操作来控制机器人机械系统的运动。目前工业使 用最为普遍的为示教机器人，通过示教器储存输入机器人的 运动轨迹生成运动程序，在通过再现模式运行储存的程序， 完成示教再现的过程。 所有不包括工业机器人系统之内的设备统称为外部设 备，包括工具( 焊枪、抓手、喷枪等) 、保护装置、夹具等等。 1 2 工业机器人的特点 工业机器人具有以下特点： ( 1 ) 柔性高。与传统的汽车生产常用焊机相比，机器人 的柔性更强，对不同的车型和不同汽车部位的焊接只需要更 改运行程序即可完成。 ( 2 ) 可靠性高。以K U K A 机器人为例，其重复精度最 高可达0 0 2 m m ，而且不会出现人工操作的焊接变形等问题， 可使汽车具有更好的表面质量。在车身喷涂方面，可以按照 标准轨迹和涂胶量进行涂胶，并快速均匀的完成作业。 ( 3 ) 功能性强。汽车生产中，车身部分工件重量较高， 人工很难完成搬运和定位，而工业机器人的最高负载可达到 1 0 0 0 K G 。同时机器人可以实现2 4 小时不停机工作，大大提 高工作效率。 2 、工业机器人在汽车制造中的应用 工业机器人在汽车生产的冲压、车身焊接、喷涂、总装 等四大生产工艺都有广泛的应用，主要包括搬运、焊接、涂 胶喷漆和车体装配等工作。下面是工业机器人在汽车制造的 几种应用方式。 ( 1 ) 机器人搬运。工业机器人末端法兰盘安装执行装置， 方便快速的从指定位置抓取零部件并精确搬运定位到指定工 位，搬运过程中不会对零部件进行损坏。根据工件的不同形 状和不同状态，机器人末端可以安装不同的执行器。 ( 2 ) 机器人点焊。点焊技术在汽车车身制造中占据主要 地位，车身焊接的路径规划是工作人员进行焊接工艺的一个 主要问题。工业机器人安装不同的焊枪运行不同的程序，可 以对车身的各种位置和不同的部件进行焊接，具有较高的焊 接精度和重复精度。随着汽车制造技术的发展，工业机器人 与焊接技术的结合的效果也越来越好。 ( 3 ) 机器人弧焊。机器人弧焊装置是在机器人本体安装 送丝装置，通过传感器在计算机的控制下进行点位运动和连 续轨迹运动，同时可以利用机器人直线插补和圆弧插补的功 能来进行商线悍缝和网弧形焊缝的焊接。 图2 工业机器人点焊作业 ( 4 ) 机器人喷涂。机器人喷涂可分为涂胶和喷漆。机器 人涂胶系统主要包括涂胶泵、涂胶枪等装置，在合理利用车 身材料的物理及化学性质的基础上，机器人快速的对密封焊 接和减震部位进行不同形状和厚度的涂胶。同理，机器人的 喷漆系统由喷枪和喷漆泵组成，均匀快速的对车身表面进行 喷漆。 ( 5 ) 机器人装配。机器人是柔性自动化系统的核心设备， 除机器人本体外主要组成结构是传感器和末端执行器，末端 执行器针对不同的装配工件可以安装不同机构。其主要功能 是通过传感器来获取机器人本体与装配对象和环境的相互信 息，通过末端执行器实现装配作业。机器人主要用于汽车整 车发动机总成、挡风玻璃密封、安装仪表盘、安装车门、安 装轮胎等多个部件的装配。 ( 6 ) 机器人检测。机器人检测系统主要包括视觉传感器 和测量控制模块，主要功能是使用视觉激光测头来获取被测 部件的图像信息，结合计算机模型来获取实际尺寸与理想尺 寸的对比，进行部件检测反馈误差信息。机器人检测与传统 三坐标测量设备相比具有快速、直观、量程大和精度高的特 点，不仅提高了整车的合格率，还对改进生产工艺、减小生 产误差提供了方法。 3 、结语 我国汽车行业的飞速发展，更加凸显了工业机器人在汽 车制造领域的重要性。工业机器人在汽车制造领域的应用也 越来越广，机器人的使用大大缩短生产周期、提高了汽车的 生产质量和生产效率，同时也解放了劳动力、降低了生产成 本。随着中国制造2 0 2 5 的新格局，工业机器人的发展必将引 领中国汽车行业走向下一个高峰。 参考文献 1 】杨金机器人在汽车车身制造中的应用明航